JPS62132776A - 窒化アルミニウム組成物 - Google Patents

窒化アルミニウム組成物

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JPS62132776A
JPS62132776A JP60269464A JP26946485A JPS62132776A JP S62132776 A JPS62132776 A JP S62132776A JP 60269464 A JP60269464 A JP 60269464A JP 26946485 A JP26946485 A JP 26946485A JP S62132776 A JPS62132776 A JP S62132776A
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JP
Japan
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aluminum nitride
weight
sheet
powder
sintering
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JP60269464A
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麻生 功
倉元 信行
谷口 人文
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Tokuyama Corp
Original Assignee
Tokuyama Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は窒化アルミニウムグリーンシート及びその焼結
体である窒化アルミニウム焼結シートの原料となる新規
な窒化アルミニウム組成物を提供するものである。
〔従来の技術及び発明の解決しようとする問題点〕従来
、各種産業用及び民生用の電子機器において、トランジ
スター、IC,LSI等の電子デバイスの実装、回路の
形成、絶縁等のためにセラミック基板が使用されている
。例えばアルミナ基板がその代表的なものである。しか
し近年、パワートランジスター、ハイパワーハイブリッ
ドIC等の特に高熱伝導性を必要とする分野ではアルミ
ナ基板の伝熱性では不十分で、これに代る高熱伝導性セ
ラミック基板の開発が要望されて来た。そのために種々
のセラミックについて高熱伝導性セラミック基板の開発
が試みられている。しかしながら、現在尚工業的に満足
される高熱伝導性セラミック基板は開発されるに至って
いない。
本発明者等は上記背景のもとに、高熱伝導性セラミック
基板の開発を鋭意状みて来た。高熱伝導性の性能だけを
比較すれば、例えば窒化アルミニウム焼結体はアルミナ
焼結体の数倍の高熱伝導性を有している。そこで、本発
明者らは、高熱伝導性の窒化アルミニウム焼結シートを
得ることを目的として、該窒化アルミニウム焼結シート
の原料として好適に使用し得る窒化アルミニウム組成物
について研究を重ねてきた。その結果、窒化アルミニウ
ム焼結シートの製造に好適に使用し得る窒化アルミニウ
ムグリーンシート及び、さらに該窒化アルミニウムグリ
ーンシートの原料となる窒化アルミニウム組成物を見い
出し、既に提案した(特願昭59−22982号)。
本発明者らは、上記の窒化アルミニウム組成物について
さらに研究を重ねてきた。その結果、窒化アルミニウム
粉末の焼結に必要な比較的多量の焼結助剤を用いて窒化
アルミニウム粉末の焼結を行なう際に、特定の2種の焼
結助剤を組合わせて用いることによって、焼結シート中
に含まれる焼結助剤の量が極めて少なくなることが判明
した。
また、さらに焼結シートの熱伝導率が著しく向上する事
も判明した。そして、焼結助剤の残留量が極めて少ない
ために、窒化アルミニウム焼結体の有する優れた特性、
特に高い熱伝導率を具備した窒化アルミニウム焼結シー
トとなり得る窒化アルミニウム組成物を見い出し、本発
明を完成させるに至った。
〔問題点を解決するための手段〕
即ち、本発明は、(i)窒化アルミニウム粉末、(ii
)1400℃以下の温度で分解する有機高分子化合物よ
りなる結合剤、及び(iii )下記(A)及び(B)
からなる焼結助剤 (A)イツトリウム、ランタン族金属及びアルカリ土類
金属よりなる群から選ばれた少なくとも1種の金属の含
酸素化合物 (B)イツトリウム及びランタン族金属よりなる群から
選ばれた少なくとも1種の金属のハロゲン化物 より主としてなる窒化アルミニウム組成物である。
尚、本発明における窒化アルミニウムはアルミニウムと
窒素の1=1の化合物であり、これ以外のものを原則と
してすべて不純物として取扱う。
但し、窒化アルミニウム粉末の表面は空気中で不可避的
に酸化されたAI−N結合がAl−0結合に置き代って
いるので、このAl−0結合しているアルミニウムは陽
イオン不純物とはみなさない。
また焼結助剤となる成分についても陽イオン不純物とは
みなさない。更に本発明における平均粒子径とは光透過
式の粒度分布測定器による体積基準 □の中間粒子径を
いう。
本発明で用いられる窒化アルミニウム粉末としては、公
知のものが何ら制限なく使用し得る。一般に本発明では
得られる窒化アルミニウム焼結シートの熱伝導性を勘案
すると、酸素含有量が3.0重量%以下の窒化アルミニ
ウム粉末をもちいることが好ましい。
また、本発明に用いられる窒化アルミニウム粉末の粒子
は粒子径の小さいものが揃っているものが好ましい。例
えば、平均粒子径(遠心式粒度分布測定装置、例えば堀
場製作所製のCAPA500などで測定した凝集粒子の
平均粒径を言う)5μm以下であることが好ましい。好
適には3μm以下、特に3μm以下の粒子を70容量%
以上含む粉末が好適である。また、高熱伝導性の窒化ア
ルミニウム焼結シートを得る場合はANNの含有量(A
 I N粉末の窒素の含有量から計算される)は90重
量%以上の窒化アルミニウム粉末が好適に採用され、更
には94重量%以上、また高い透光性を有する焼結体を
得るためには97重量%以上の粉末を用いることが好ま
しい。
本発明に於いて好適に使用される窒化アルミニウム粉末
としては、平均粒子径が3μm以下の粉末で、酸素含有
量が3.0重量%以下、且つ窒化アルミニウム組成をA
fiNとするとき含有する陽イオン不純物が0.5重量
%以下である窒化アルミニウム粉末である。このような
窒化アルミニウム粉末を用いた場合には、得られる窒化
アルミニウム焼結シートの熱伝導率の向上が大きくなる
ために本発明で好適に使用される。就中、平均粒子径が
2μm以下の粉末で、3μm以下の粒子を70容量%以
上含み、酸素含有量が1.5重量%以下、且つ窒化アル
ミニウム組成をAINとするとき含有する陽イオン不純
物が0.3重量%以下である窒化アルミニウム粉末を用
いた場合には、得られる窒化アルミニウム焼結シートの
熱伝導率の向上と共に透光性が改善されるために、本発
明では特に好適に使用される。
本発明で用いる窒化アルミニウム粉末の製造に際し、後
述する焼結助剤に相当する化合物を予め原料中に添加し
、焼成して得られた窒化アルミニウム粉末は焼結助剤が
配合された形態で得られる。
このような窒化アルミニウム粉末は本発明の前記(i)
及び(iii )の成分を予め配合したものであり、好
ましい使用形態の1つである。
本発明の窒化アルミニウム組成物を構成する他の成分の
1つは結合剤である。本発明において用いる結合剤は1
400℃以下の温度で分解する有機高分子体である0本
発明の窒化アルミニウム組成物は、例えば窒化アルミニ
ウムグリーンシートを経て、一般に1600〜2000
℃の温度で焼結され、窒化アルミニウム焼結シートとし
て好適に利用される。この場合該結合剤の分解残留物が
焼結体中に多量に残存すると目的とする焼結体物性例え
ば高強度、高熱伝導率あるいは透光性を得るのが困難と
なる。本発明等の知見によれば、前記要件を有する結合
剤は上記焼結体中に実質的に残留しないか、残留したと
しても目的とする焼結体物性を損うことが無い量となる
ように、その種類を選び、処理する必要がある。一般に
セラミック粉末の成形に用いられる結合剤は本発明にお
いても特に制限されず用いうるが一般には熱重量分析法
(TG)によって分解が1400℃以下の温度範囲で起
るものが好ましい。更に好ましくは用いる結合剤として
その分解残留物が該結合剤に対して5重量%以下となる
ものを選択するのがよい。
本発明において好適に使用される結合剤をより具体的に
示せば、例えばポリビニールブチラール。
ポリメチルメタクリレート、セルロースアセテートブチ
レート、ニトロセルロース、ポリアクリル酸エステル、
ポリビニールアルコール、メチルセルロース、ヒドロキ
シメチルセルロース、及ヒポリエチレンオキサイド等の
含酸素有機高分子体;その他石油レジン、ポリエチレン
、ポリプロピレン、ポリスチレン等の炭化水素系合成樹
脂:ボリ塩化ビニール;アクリル系樹脂及びそのエマル
ジョン;ワックス及びそのエマルジョン等の有機高分子
体が一種又は二種以上混合して使用される。
本発明に用いる窒化アルミニウム粉末の表面は前述のよ
うに不可避的に酸化されAJ−0結合を有している。従
って上記含酸素有機高分子体を結合剤として使用すると
、該窒化アルミニウム粉末表面との優れた化学親和性に
基づき強固な結合力を発揮するので特に好ましい。該結
合剤として使用する有機高分子体は特に限定されないが
一般はその分子量が3.000〜1,000,000好
ましくは5,000〜300.000のものを用いると
、前述の成形体例えばグリーンシートは柔軟かつ靭性に
富み種々の加工に際して取扱いが容易となるのでさらに
好適である。特に該有機高分子体中、含酸素有機高分子
体は好ましく、更に、分子量が30,000〜100.
000のポリビニールブチラールは最も好適である。結
゛合剤の使用量は、結合剤の種類や後述する溶媒の種類
によって異なり、また該窒化アルミニウム組成物の用途
、例えば窒化アルミニウムグリーンシートの厚さ1強度
及び加工性、さらに該グリーンシートの焼結によって得
られ、る窒化アルミニウム焼結シートへの要求物性によ
っても異なるので、−概に限定できないが、一般には窒
化アルミニウム粉末 100i量部に対して0.1〜3
0重量部、好ましくは2.5〜15重量部、さらに好ま
しくは4〜10重量部の範囲から選択すればよい。
本発明の最大の特徴は焼結助剤として、(A)イツトリ
ウム、ランタン族金属及びアルカリ土類金属よりなる群
から選ばれた少なくとも1種の金属の含酸素化合物(以
下、焼結助剤(A)という) 及び (B)イツトリウム及びランタン族金属よりなる群から
選ばれな少なくとも1種の金属のハロゲン化物(以下焼
結助剤(B)という) を用いる点にある。上記の焼結助剤(A)のうちイツト
リウム及びランタン族金属よりなる焼結助剤は、これ単
独で窒化アルミニウム粉末と混合して焼成したときには
、揮散せずに窒化アルミニウム焼結シート中にそのまま
残存する。しかし上記の焼結助剤(B)を共存させた場
合には、焼結助剤(A)のみならず焼結助剤(B)も揮
散し、その結果得られる窒化アルミニウム焼結シート中
の焼結助剤残存量は、焼結前に添加された焼結助剤(A
)及び(B)の量よりも極めて少ない量となっている。
通常、焼結シート中の焼結助剤の残存量は、添加量の1
72以下であり、場合によっては115以下、さらには
1710以下となる。また焼結助剤(A)及び(B)を
これ単独で窒化アルミニウム粉末と混合して焼成したと
きと比べて、驚くべき事には、焼結シートの熱伝導率は
著しく高いものとなっている。
上記焼結助剤(A)の金属含酸素化合物に於いて、イツ
トリウム、ランタン族金属及びアルカリ土類金属は特に
限定されず使用出来る。例えばイツトリウム(Y)、ラ
ンタン(La) 、セリウム(Ce)、プラセオジム(
Pr)、ネオジム(Nd)、プロメジウム(Pm)、サ
マリウム(Sm)、ユーロピウム(Eu)、ガドリニウ
ム(Gd) 、テルビウム(Tb) 、ジスプロシウム
(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、
ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウ
ム(Lu)、ベリリウム(Be)、マグネシウム(Mg
)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)及び
バリウム(Ba)が、いずれも使用出来る。特に工業的
にはY。
La + Ce 、 Pr * Nd 、 Sm 、 
Eu 、 Gd + Dy + Ca +Sr 、 B
a等が好適に使用される。またこれらの含酸素化合物と
しては、化合物中に酸素原子が結合して含まれている化
合物が何ら制限なく採用される。また、窒化アルミニウ
ム粉末と焼結助剤との混合粉末を焼結する際、その焼結
条件下において酸化物となる化合物も、上記の含酸素化
合物に含まれる。本発明で用いられる含酸素化合物とし
ては、酸化物は勿論のこと、硝酸塩、炭酸塩、シュウ酸
塩、硫酸塩、水酸化物、などが好適に用いられる。
又、本発明で用いる他の焼結助剤(B)は、イツトリウ
ム及びランタン族金属よりなる群から選ばれた少くとも
1種の金属のハロゲン化物である。
上記イツトリウム及びランタン族金属は特に限定されず
、前述の金属元素が用いられる。特に工業的にはY、 
La 、 Ce 、 Pr * Nd + Ss + 
Eu + Gd +oy等が好適に使用される。またこ
れらのハロゲン化物としては、フッ化物、塩化物、臭化
物、ヨウ化物等が何ら制限されずに使用される。特に、
工業的には、フッ化物、臭化物、ヨウ化物等が好適に使
用される。
本発明で好適に使用されるイツトリウム及びランタン族
金属のハロゲン化物を具体的に例示すると、例えばフッ
化イツトリウム、フッ化ランタン、フッ化セリウム、フ
ッ化プラセオジム、フン化ネオジム、フッ化サマリウム
、フッ化ユーロピウム、フン化ガドリニウム、フン化ジ
スプロシウム、臭化イツトリウム、臭化ランタン、臭化
セリウム、臭化プラセオジム、臭化ネオジム、臭化サマ
リウム、臭化ユーロピウム、臭化ガドリニウム、臭化ジ
スプロシウム、ヨウ化イツトリウム、ヨウ化ランタン、
ヨウ化セリウム、ヨウ化プラセオジム、ヨウ化ネオジム
、ヨウ化サマリウム、ヨウ化ユーロピウム、ヨウ化ガド
リニウム、ヨウ化ジスプロシウム等が挙げられる、就中
、フッ素化物は得られる窒化アルミニウム焼結シートの
熱伝導性がより優れたものとなるために好適に使用され
る。
本発明に於ける上記焼結助剤(A)及び(B)の使用量
は、焼結シートに要求される性状に応じて異なり一概に
限定できないが、一般には窒化アルミニウム粉末100
重量部に対して焼結助剤(A)は酸化物に換算して0.
01〜5重量部、好ましくは0.1〜4重量部であり、
焼結助剤(B)は0.01〜10重量部、好ましくは0
.1〜6重量部の範囲となるよう選べば好適である。焼
結助剤(A)と(B)の添加量は上記の範囲であれば、
:これらの量比は何ら制限されないが、焼結後に残留す
る焼結助剤の量や焼結シート中の酸素含有率を少なくす
るためには、焼結助剤(A)(酸化物換算重量)/焼結
助剤(B)の重量比が1/10〜5、好ましくは115
〜3の範囲であることが好適である。
又、本発明に於ては上記の特徴の他に、焼結開始温度が
約200’低下できるという工業的特徴も有する。
本発明の窒化アルミニウム組成物は、前記窒化アルミニ
ウム粉末、結合剤及び焼結助剤をそれぞれ前記配合割合
で混合する他に必要に応じて解膠剤、可塑剤等を添加混
合することを何んらさまたげるものではなく、しばしば
好適な態様として利用される。例えば、本発明の上記窒
化アルミニウム粉末、結合剤及び焼結助剤を、詳しくは
後述するように溶媒中に分散して混合する場合、しばし
ば該分散を促進する意味で解膠剤を使用するのが好適な
態様である。該解膠剤は一般にセラミック粉末の成形の
際に使用されることが公知の化合物を特に限定されず用
いうる。−最に好適に使用される代表的な解膠剤を具体
的に例示すれば例えばグリセリントリオレエートソルビ
クントリオレエート等の脂肪酸のグリセリン又はソルビ
トールエステル;天然魚類;非イオン系の合成界面活性
剤5高級脂肪酸;ベンゼンスルホン酸等である。
これらの解膠剤の使用量は解膠剤の種類、添加する混合
系の種類等によって異なり一概に限定出来ないが一般に
は窒化アルミニウム粉末100重量部に対して0.01
〜5重量部好ましくは0.1〜3重量部の範囲から選べ
ば好適である。また解膠剤の混合態様は如何なる順序で
混合してもよいが一般には窒化アルミニウム粉末、焼結
助剤を分散媒体中で解膠剤と共に予め混合し、次いで結
合剤或いは更に後述する可塑剤を添加混合し、スラリー
状物として調整するのが好適である。
また前記可塑剤は本発明の窒化アルミニウム組成物を用
いて特定の成形物に加工する際に該加工物に柔軟性を付
与する目的で使用される。該可塑剤は一般のセラミック
粉末の成形に際して上記目的で使用されることが公知の
ものを特に限定されず用いうる。特に好適に使用される
代表的なものを具体的に例示すれば一般にポリエチレン
グリコール及びその誘導体;ジメチルフタレート ジブ
チルフタレート、ブチルベンジルフタレート及びジオク
チルフタレート等のフタール酸エステル類;ブチルステ
アレート等のステアリン酸エステル類;トリクレゾール
フォスフェート;トリーN−ブチルフォスフェート;グ
リセリン等である。これらの可塑剤の添加量は結合剤の
種類、窒化アルミニウムの性状、溶媒の種類及び使用量
等によって異なり一概に限定出来ないが一般には窒化ア
ルミニウム100重量部に対して15重量部以下、好ま
しくは0.4〜15重量部、更に好ましくは3〜10重
量部の範囲から適宜選択して使用すればよい。
本発明の窒化アルミニウム組成物の使用態様について以
下説明する。該使用に際しては一般に分散媒体中に分散
させた形態で使用するのが好適である。該分散媒体の役
割は一般に窒化アルミニウム粉末、焼結助剤を分散させ
、また結合剤或いは必要に応じて使用する可塑剤を溶解
させて、均一なスラリー状物を形成することである。そ
して該スラリー状物を特定の形状例えばシート状に成形
した後は、溶媒は乾燥によって実質的に除去され、窒化
アルミニウム成形体、例えばグリーンシート中には残存
しないものが好ましい。従って上記分散媒体部ち溶媒は
上記の分散性、溶解性及び乾燥性の要求を満足するもの
であれば特に限定されないが、一般的には非水系溶媒を
選択するのが好適である。特に好適に使用される溶媒の
代表的なものを具体的に例示すれば、例えばアセトン、
メチルエチルケトン及びメチルイソブチルケトン等のケ
トン類、エタノール、プロパツール及びブタノール等の
アルコール類、ベンゼン、トルエン及びキシレン等の芳
香族炭化水素類、あるいはトリクロロエチレン、テトラ
クロロエチレン及びブロムクロロメタン等のハロゲン化
炭化水素類の1種又は2種以上を混合して使用するのが
好ましい。溶媒の使用量も特に限定されないが、溶媒量
も多過ぎるとスラリー状物の保管中、成形時あるいは乾
燥時に窒化アルミニウム粉末、焼結助剤の粒子が沈降分
離し易くまた少な過ぎるとシート状の成形が困難となる
ので適宜予め適切な量を選択して用いればよい。一般に
該溶媒の量はその種類、結合剤及び可塑剤の種類と量に
も依存するが、窒化アルミニウム粉末100重量部に対
して30〜100重量部の範囲で選択すれば好適である
上記本発明の窒化アルミニウム組成物の混合条件は特に
限定されず常温、常圧下で実施すればよく、また混合装
置は不純物成分の混入を防ぐ意味で前記窒化アルミニウ
ム粉末の製造原料の混合態様で説明したようにその材質
を選ぶが、プラスチックで被覆したものを選ぶのが好ま
しい。そして最も一般的には球状物、棒状物等を内蔵し
たミルを使用するのが好ましい。上記混合物は一般に泥
漿と呼ばれる粘稠なペンキ状のスラリー物として用いる
のがその成形に際し取扱いが容易である。
前記のようにして得られた窒化アルミニウム組成物即ち
前記(i)窒化アルミニウム粉末、(ii )結合剤及
び(iii )焼結助剤或いは必要に応じて可塑剤、解
膠剤等を溶剤に混合し一般には泥漿にする。この泥漿は
シート成形機例えばドクターブレード方式のシート成形
機を用いてフィルム例えばポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリエステル。
ポリアミド、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂製フィルム上
にシート状に形成する。次いで該シート状の成形物は室
温〜溶剤の沸点間の温度で該溶剤を飛散させて乾燥し、
所謂窒化アルミニウムグリーンシニトとする。該窒化ア
ルミニウムグリーンシートは一般に光沢ある外観を呈し
柔軟で且つ屈曲に対しても腰の強い性状を有する。該窒
化アルミニウムグリーンシートはすでに引張強度が25
kg/crA或いはそれ以上の強さを有するものとなる
上記窒化アルミニウムグリーンシートはそのまま後述す
る焼結シート製造に供することも出来るが、一般には酸
素含有ガス、例えば空気又は不活性ガス、例えば窒素ガ
ス或いはヘリウムガス等のガス雰囲気下に前記結合剤、
可塑剤、解膠剤等が分解される温度、一般には例えば3
00〜1400’C好ましくは500〜1000’Cの
温度下に熱分解処理を行う方が好ましい。
該窒化アルミニウムグリーンシート或いは上記熱処理を
行ったシートは次いで焼結工程に供される。該焼結工程
は特に限定されず公知の窒化物で使用される焼結方法が
そのまま採用される。一般には常圧下、不活性雰囲気下
例えば窒素雰囲気下に1600〜2100℃の温度で焼
結を実施すればよい。該焼結時の圧力は通常、常圧で行
うのが一般的であるが不活性ガスによっである程度の加
圧状態に保持した焼結炉を用いてもよい。また焼結に必
要な時間は焼結に供されるシート状物の厚み、焼結温度
等の諸条件によって異なり一概に限定出来ないが一般に
30分〜24時間の範囲がら選べばよい。これらの条件
は実施に先きだち諸条件に応じて適当な範囲を予め決定
して実施するのが好ましい。
本発明に於いて、得られる窒化アルミニウム焼結シート
を高熱伝導性でち密なものとするためには、焼成時に於
いて、少なくとも1300〜1700℃の温度範囲の平
均昇温速度を1〜40’C/minの範囲とすることが
好ましい。さらに5〜b上記焼結によって得られる焼結
シートはその焼結密度が一般に2.7g/cm’以上好
ましくは2.9g/cII+3更に好ましくは3.0 
g/am’ 以上(Dモ(Dとなる。また該シートは一
般に一辺の長さが少くとも511以上で厚みが0.05
〜10nの範囲のものとして得られる。そしてこれらの
焼結シートは曲げ強度が少くとも20kg/am”のす
ぐれたシート状物となる。
〔効 果〕
本発明の窒化アルミニウム組成物を原料として前記方法
により得られた窒化アルミニウム焼結シートは、窒化ア
ルミニウム粉末の焼結に必要な数重量%の焼結助剤を添
加したにもかかわらず、焼結後に含まれる焼結助剤の量
は0.5重量%以下、特に0.3重量%以下、更には0
.1重量%以下であり、添加量の1/2以下、好ましく
は115以下、更に好ましくは1/10以下という著し
く少ない量となっている。
また、本発明により得られる窒化アルミニウム焼結シー
トは酸素含有量が極めて低く、通常は0、5重量%以下
、さらには0.2重量%以下のものである。これらの窒
化アルミニウム焼結シートは、純度が高いために熱伝導
性が極めて良好である。
通常は、150W/m−に以上のものかえられ、好まし
くは160W/m−に以上の高い熱伝導性の焼結シート
が得られる。さらに、焼成条件によっては170W/m
−に以上という極めて優れた熱伝導性の焼結シートを得
ることができる。しかも、優れた透光性を有する窒化ア
ルミニウム焼結シートとすることもできる。
従って、本発明により得られた窒化アルミニウム焼結シ
ートは、電子機器の放熱用基板、電子回路基板、放熱材
料、絶縁材料として工業的に極めて有用な材料となる。
本発明を更に具体的に説明するため以下実施例を挙げて
説明するが本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。
実施例1゜ 平均粒子径が2.12μmで3μm以下の粒子を80容
量%含む表1に示す組成をもつ窒化アルミニウム粉末、
焼結助剤(A)としてCaO粉末、焼結助剤(B)とし
てYF、粉末及び結合剤として分子量30.000〜3
4.000のポリビニールブチラールを用いて次のよう
に窒化アルミニウムグリーンシート及び窒化アルミニウ
ム焼結シートを作製した。
(i)配合 窒化アルミニウム粉末     100重量部CaO粉
末           1.o〃YF3粉末    
       2.o〃ポリビニールブチラール   
  9.0〃ジオクチルフタレート5.o〃 ソルビタントリオレエート    1.2〃表 1  
窒化アルミニウム粉末分析値AIN含有量    98
.0 % 元  素      含有量 M g            く   5     
  (ppm)Cr    くlo  (〃 ) Si       46   (〃) Zn      <10  、  (”)Fe    
   14   (”  )Cu      <  5
   (”  )Mn      <  5   (〃
)Ni       18   (〃) Ti     〈 5−  (〃 ) Co     〈 5  (〃 ) AI!      64.8  (wt%)N    
    33.5(”) 0        1.0(〃) G         O,04(〃) (ii )混合 内容積51の撹拌機付分散混合機に溶媒を半量(37,
5重量部)入れ攪拌しながら窒化アルミニラム粉末、C
aO粉末、YF3粉末及びソルビタントリオレエートを
全量投入した後、ポリビニールブチラールを徐々に添加
して全量溶解させた。
次いでジオクチルフタレートを全量投入し、更に溶媒の
残量(37,5重量部)を投入した後、lhr撹拌を続
けて配合成分を分散あるいは溶解させて予めスラリー化
した。
内容積10Jのナイロン製ポットに、ナイロンで被覆さ
れた直径20mmの鋼球をポット内容積の約50%を占
める数だけ入れ、次いで上記で得たスラリーを投入して
、回転数35rpmで36hrボ一ルミル混合、した。
得られたスラリーは、粘度2、200cpsの白色ペン
キ状のものであった。
(iii )脱泡及び脱溶媒 上記混合で得たスラリーを内容積41の攪拌機付真空容
器に移し、攪拌しながら1気圧から徐々に30〜40T
orrまで減圧して、前記混合の際スラリーに混入した
気泡を除いた(脱泡)。
次いで、攪拌しながら同真空容器内を排気しつつ10〜
4QTorrに保ち溶媒の一部を蒸発除去した(脱溶媒
)。
この脱溶媒操作で除去した溶媒量は、窒化ア・ルミニウ
ム粉末100重量部に対して20重量部であった。その
結果、粘度22.000cpsの白色粘稠なスラリーを
得た。
(iv )成形 得られたスラリーからドクターブレード方式のシート成
形機を用いて、表面にシリコーン樹脂を塗布して離型化
処理したポリエステルフィルム上にシート状に流し出し
、次いでシート状物を室温で1hr−その後50℃で2
hr、更に80℃で30w1n溶媒を蒸発させて乾燥し
た後、シート状物を上記ポリエステルフィルムより剥離
して、巾約250鶴、厚さ約1.5 mの形状の窒化ア
ルミニウムクリーンシートを作製した。この窒化アルミ
ニウムグリーンシートは、白色で光沢のある外観を呈し
、柔軟でかつ屈曲に対しても腰の強い性状を有する。金
型及び打抜き機を用いて窒化アルミニウムグリーンシー
トより試験片を打抜き、オートグラフによる引張り試験
を行ったところ、引張強度は27kg/cnl、伸び率
は0.4であった。また密度は2.07 g /am3
であった。
(v)脱脂及び焼結 上記の窒化アルミニウムグリーンシートを50mmX5
Qm■の角板状に打抜き、電気炉を用いて1気圧の空気
雰囲気下で650℃、3hr加熱して前記のポリビニー
ルブチラール、ジオクチルフタレート及びソルビタント
リオレエートを燃焼分解させて除去し、窒化アルミニウ
ムの角板を得た(脱脂)。
この角板を窒化ホウ素で内壁を被覆した黒鉛型皿にセッ
トし、1気圧の窒素中で1.100℃まで2hrで昇温
し、次いで1.100℃から1.800℃まで10℃/
m1nO昇温速度で昇温し、1.800℃で10hr保
持した(焼結)。得られた窒化アルミニウム焼結シート
は、40鶴X40龍、厚さ1.2鰭の形状で、密度が3
.25 g /cm’であった。
この焼結シートの熱伝導率を、理学電機型のレーザーフ
ラッシュ法熱定数測定装置(PS−7)によりIn−3
b赤外線センサーを用いた非接触法で測定したところ、
220W/m −kの値を得た。
この焼結シートの曲げ強度は35kg/鶴2であり、ま
た放射化分析法で測定した酸素含有量は0.10重量%
であった。
更に該焼結シートをアルカリ溶融し、溶融物中のCa、
 Y、 Mg、 Cr、 Si、 Zn、 Fe。
Cu、Mn、Ni、Ti、Coの各含有率を誘導結合プ
ラズマ発光分光分析法で測定したところ焼結シート中の
濃度に換算して、Ca=520ppm、Y=600pp
m 、 Mg<5ppm 、 Cr< 10ppm、S
i=140ppm、Zn<10ppmSFe<10pp
m%、Cu<10ppm、、Mn<5ppm、N1=1
5ppm 、 T i< 10ppm 、、Co< 1
0ppmであり、焼結助剤として添加したCa、Yを除
<10元素の含有率を合計すると225ppm以下であ
った。
同様にして焼結した別の焼結シートを0.5mの厚さま
で研削し、両面を鏡面研磨したものについて光透過率を
測定したところ5.5μmの波長に対して36%の直線
透過率が得られた。
実施例2゜ 平均粒子径が1.42μmで3μm以下が87容量%を
占め、かつ表2に示す組成の窒化アルミニウム粉末、表
3に示す種々の焼結助剤(A)及び焼結助剤(B)とし
てY F s粉末、また結合剤として分子130.00
0〜34.000のポリビニールブチラールを用いて次
のように窒化アルミニウムグリーンシート及び窒化アル
ミニウム焼結シートを作製した。結果を表3に示す。尚
rlh9及び嵐10は比較例である。
(i)配合 窒化アルミニウム粉末     100重量部焼結助剤
(A)            表3焼結助剤(B)Y
F、粉末     表3ポリビニールブチラール   
 12.0重量部ジブチルフタレート       5
.0〃グリセリントリオレエート    1.0重量部
表 2  窒化アルミニウム粉末分析値AlN含有量 
   98.0% 元  素      含有量 Mg           <5      (ppm
)C「    く10  (〃 ) Si      38  (〃 ) Zn     <10   (//) Fe       15(〃 ) Cu           く   5      (
〃  )Mn            <    5 
      (tt    )Ni     <10 
  (”  )T i           く   
5      (〃   )COく   5     
 (〃  )Al      64.8  (wt%)
N        33.5(”) 0        1、(1(〃) CO,04(〃) (ii)混合 内容積1(lのナイロン製ポットに、ナイロンで被覆さ
れた直径20mmの鋼球をポット内容積の約50%を占
める数だけ入れ、次いで窒化アルミニウム粉末、焼結助
剤(A)、焼結助剤(B)としてYF3粉末及びグリセ
リントリオレエートを全量投入し、更に溶媒の一部(6
0重量部)を添加して、回転数35rpmで24hrボ
一ルミル混合した。その後、同ポットにポリビニールブ
チラール及びジブチルフタレートを全量入れ、更に溶媒
の残部(20重量部)を投入して、24hrボ一ルミル
混合した。得られたスラリーは、粘度が1 、700〜
2.300cpsで白色ペンキ状のものであった。
(iii )脱泡及び脱溶媒 実施例1と同様にして行った。得られたスラリーの粘度
は21,000〜24 、000cpsの範囲であった
(iv )成形 実施例1と同様にして窒化アルミニウムグリーンシート
を得た。この窒化アルミニウムグリーンシートの密度は
1.90〜2.08 g/cm’の範囲であり、また引
張強度は27〜30kg/adであった。
(v)脱脂及び焼結 上記で得られた窒化アルミニウムグリーンシートを50
 w X 50 鶴の角板状に打抜き、この角板を窒化
ホウ素で内壁を被覆した黒鉛型皿に入れて電気炉内にセ
ットした。0.1〜0.5 Torrの減圧下で室温よ
り1.100℃まで1℃/winの昇温速度で昇温して
脱脂を行った。
その後同電気炉内で1.100℃から1 、800℃ま
で12℃/sinの昇温速度で昇温し、1.800℃で
4hr保持した。得られた窒化アルミニウム焼結シー5
は約4.0 am角、厚さ約1.21−の形状であった
焼結シートの物性を表3に示す。
実施例3゜ 実施例2で用いたものと同じ窒化アルミニウム粉末、焼
結助剤(A)としてCaO及び焼結助剤(B)としてY
F3を表4に示す添加量、また結合剤として分子量50
,000〜60.000のポリビニールブチラールを用
いて下記のように窒化アルミニウムグリーンシートを作
製し、種々の昇温速度で焼結を実施した。結果を表4に
示す。
(i)配合 窒化アルミニウム粉末     100重量部CaO粉
末           表4Y F 3粉末    
       表4ポリビニールブチラール    1
0.0重量部ジブチルフタレート       5.0
〃グリセリントリオレエート     1.0〃(ii
 )混合、(iii )脱泡及び脱溶媒、(iv)成形
実施例2と同様にして行った。
(v)脱脂及び焼結 上記で得られた窒化アルミニウムグリーンシートを50
11角の角板状に打抜き、この角板を窒化ホウ素で内壁
を被覆した黒鉛型皿に入れて電気炉内にセットした。電
気炉内を真空排気しながら室温より1.100℃まで2
℃/minの昇温速度で昇温して脱脂を行った。
その後、同電気炉内で1.100℃から1 、800℃
まで表4に示す速度で昇温し、1800℃で4hr保持
して焼結を行った。得られた焼結シートの物性を表4に
示す 実施例4゜ 実施例2で用いたものと同じ窒化アルミニウム粉末、焼
結助剤(A)及び(B)として表5に示す種々の化合物
、また結合剤として分子量が50.000〜100,0
00のメタクリル酸エステル共重合体(メタクリル酸エ
チル/アクリル酸メチル=72/28)を用いて以下の
ように窒化アルミニウムグリーンシート及び窒化アルミ
ニウム焼結シートを作製した。
(i)配合 窒化アルミニウム粉末     100重量部焼結助剤
(A)          表5焼結助剤(B)   
       表5メタクリル酸エステルの共重合体1
2.0重量部ジオクチルフタレート      3.O
〃ソルビタントリオレエート    0.8〃(ii)
混合、(iii )脱泡及び脱溶媒、(iv)成形室1
i佃柘119.I−1’;Jj慾りごl、プブ千−す−
(v)脱脂及び焼結 実施例2と同様の条件で行った。結果を表5に示す。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)(i)窒化アルミニウム粉末、 (ii)1400℃以下の温度で分解する有機高分子化
    合物よりなる結合剤、 及び (iii)以下(A)及び(B)からなる焼結助剤(A
    )イットリウム、ランタン族金属及びアルカリ土類金属
    よりなる群から選ばれた少なくとも1種の金属の含酸素
    化合物 (B)イットリウム及びランタン族金属よりなる群から
    選ばれた少なくとも1種の金属のハロゲン化物 より主としてなる窒化アルミニウム組成物。
  2. (2)窒化アルミニウム粉末が酸素含有量3.0重量%
    以下である特許請求の範囲(1)記載の窒化アルミニウ
    ム組成物。
  3. (3)窒化アルミニウム粉末が平均粒子径5μm以下で
    ある特許請求の範囲(1)記載の窒化アルミニウム組成
    物。
  4. (4)窒化アルミニウム粉末が不純物としての金属化合
    物を金属として0.5重量%以下含有しているものであ
    る特許請求の範囲(1)記載の窒化アルミニウム組成物
  5. (5)結合剤が含酸素有機高分子体である特許請求の範
    囲(1)記載の窒化アルミニウム組成物。
  6. (6)含酸素有機高分子体の分子量が3,000〜1,
    000,000である特許請求の範囲(5)記載の窒化
    アルミニウム組成物。
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